JPH11252994A - Device and method for control of stepping motor - Google Patents

Device and method for control of stepping motor

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JPH11252994A
JPH11252994A JP4801098A JP4801098A JPH11252994A JP H11252994 A JPH11252994 A JP H11252994A JP 4801098 A JP4801098 A JP 4801098A JP 4801098 A JP4801098 A JP 4801098A JP H11252994 A JPH11252994 A JP H11252994A
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JP
Japan
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current
stepping motor
signal
rotation angle
angle
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JP4801098A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ogawa
武志 小川
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DIA DICK SYSTEMS KK
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DIA DICK SYSTEMS KK
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Publication date
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably control the operations of a stepping motor by further improving the load fluctuation characteristic. SOLUTION: A controller is provided with a stepping motor 7, a drive circuit 4, an encoder 8 which outputs a detect signal upon detecting an output rotational angle, a target command section 9 which outputs a command signal, a position comparison control section 1 which compares the command signal with the detect signal of the encoder 8, a selection control section 2 which decides a driving lead angle and a drive current based on the compared results of the control section 1 and outputs the angle and current, and an observer circuit 5 which outputs a lead angle correcting value and a current correction value for respectively correcting the drive lead angle, and driving the current outputted from the control section 2 based on the simulated results of the operation characteristic of the used stepping motor 7, command signal, and detection signal. Since the operations of the motor 7 are monitored in detail, the motor 7 is able to by cope with abrupt load fluctuations, etc., and stable operation is realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数相の巻線を有
するステッピングモータの制御装置および制御方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device and a control method for a stepping motor having windings of a plurality of phases.

【0002】[0002]

【従来の技術】ステッピングモータの閉ループ制御に関
して、文献[Application of theClosed-Loop Stepping
Moter](IEEE Trans.On Automatic Control,T.R.FREDRI
KSEN,Vol.AC 13,No.5 Oct.1968)が提案されている。図
14を用いて、この閉ループ制御の特徴を簡単に説明す
る。
2. Description of the Related Art Regarding closed-loop control of a stepping motor, a document [Application of the Closed-Loop Stepping]
Moter] (IEEE Trans.On Automatic Control, TRFREDRI
KSEN, Vol. AC 13, No. 5 Oct. 1968) has been proposed. The features of this closed loop control will be briefly described with reference to FIG.

【0003】まず第1に、モータ101の回転角で表さ
れる位置を検出するエンコーダ102は、モータ101
の相数と同数の出力チャンネルを有する。たとえば、4
相モータの場合には、エンコーダは4チャンネルの出力
信号を有する。これによって、モータ101の停止時
に、励磁された相が容易に把握される。第2に、エンコ
ーダ102の出力信号を基に電流を流すべき相の巻線1
03a〜103dを決定し、モータ101の回転状態、
すなわち停止、加速、減速、定常回転、高速回転を制御
する。第3に、位置付けされるべき最終目標回転角まで
の回転角変位と最終目標回転角を通過するときのモータ
101の回転状態とを予め定めておくか、または、その
角変位の間に要する残りパルス数と通過時の励磁条件と
を予め定めておくかして、モータ101を制御する。
First, an encoder 102 for detecting a position represented by the rotation angle of a motor 101
And the same number of output channels. For example, 4
In the case of a phase motor, the encoder has four channels of output signals. Thus, when the motor 101 stops, the excited phase can be easily grasped. Second, the winding 1 of the phase in which the current should flow based on the output signal of the encoder 102
03a to 103d, and the rotation state of the motor 101,
That is, stop, acceleration, deceleration, steady rotation, and high speed rotation are controlled. Third, the rotation angle displacement up to the final target rotation angle to be positioned and the rotation state of the motor 101 when passing through the final target rotation angle are determined in advance, or the remaining time required during the angular displacement is determined. The motor 101 is controlled by previously determining the number of pulses and the excitation conditions at the time of passage.

【0004】このようなステップモータの閉ループ制御
は、特に高速性能を改善するが、モータの動作途中に負
荷変動が生じると、停止時に大きな振動を発生し、位置
付けが完了せず、位置付け時間が増大するという欠点を
有している。
[0004] Such a closed-loop control of the stepping motor particularly improves the high-speed performance. However, if the load fluctuates during the operation of the motor, a large vibration is generated when the motor is stopped, positioning is not completed, and positioning time increases. Has the disadvantage of doing so.

【0005】そこで、上記欠点を改善した先行技術とし
て、特公昭57−34758が考案されている。図15
を用いて、その特徴を簡単に説明する。
Therefore, Japanese Patent Publication No. 57-34758 has been devised as a prior art in which the above disadvantages are improved. FIG.
The features will be described briefly using FIG.

【0006】第1に、FREDRIKSENの閉ループ制御をベー
スとして、それに回転角ループ、回転角速度ループ、電
流ループの帰還回路を付加し、外部指令信号を与え、動
作途中の負荷変動に対してモータ201の巻線電流を制
御することで、負荷変動特性を改善している。第2に、
負荷が増加した場合、モータ201の回転角速度は低下
する。低下した回転角速度を補償するために、巻線電流
を増加させるように励磁回路202は働き、回転角速度
の低下を防ぐ効果を生んでいる。第3に、負荷が減少し
た場合、上記の第1および第2の特徴と全く逆の動作
で、同じく回転角速度の変動を防いでいる。第4に、モ
ータ201の負荷変動に対して、励磁回路202でモー
タ201への電気エネルギの増減を制御することによっ
て、負荷変動特性を改善し、停止時の振動を抑えてい
る。
First, based on the closed loop control of FREDRIKSEN, a feedback circuit of a rotation angle loop, a rotation angular velocity loop, and a current loop is added thereto, an external command signal is given, and the motor 201 responds to a load change during operation. The load fluctuation characteristics are improved by controlling the winding current. Second,
When the load increases, the rotation angular velocity of the motor 201 decreases. In order to compensate for the decreased rotational angular velocity, the excitation circuit 202 works so as to increase the winding current, thereby producing an effect of preventing the rotational angular velocity from decreasing. Third, when the load is reduced, the operation is completely opposite to the above-described first and second features, thereby also preventing the fluctuation of the rotational angular velocity. Fourth, the load fluctuation characteristic is improved by controlling the increase and decrease of the electric energy to the motor 201 by the excitation circuit 202 in response to the load fluctuation of the motor 201, and the vibration at the time of stop is suppressed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】特公昭57−3475
8では、外部指令信号は、ステッピングモータ201の
回転角の時間変動を細かく指令するものであるので、よ
り大きな負荷外乱が発生したときに、モータ201が低
速回転状態に陥り、さらには停止状態に至ることがあ
る。この状態で、ある程度の時間が経過した後に負荷外
乱が取り除かれても、外部指令信号は既に終了し、モー
タ201は最終目標回転角に達することができない。さ
らに、モータ201の制御不能状態に陥る不具合をも生
じる可能性がある。これは本来、ステッピングモータ2
01のフィードバック制御が抱えている問題であり、新
規な制御手法の導入以外にその改善は難しい。
[Problems to be solved by the invention] Japanese Patent Publication No. 57-3475
8, the external command signal is for finely instructing the time variation of the rotation angle of the stepping motor 201, so that when a larger load disturbance occurs, the motor 201 falls into a low-speed rotation state and further stops. Can lead to In this state, even if the load disturbance is removed after a certain amount of time has elapsed, the external command signal has already ended, and the motor 201 cannot reach the final target rotation angle. Furthermore, there is a possibility that a problem that the motor 201 falls into an uncontrollable state may occur. This is originally a stepping motor 2
01 is a problem with the feedback control, and its improvement is difficult except for the introduction of a new control method.

【0008】本発明の目的は、負荷変動特性をさらに改
善し、安定した動作制御が可能なステッピングモータの
制御装置および制御方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a control device and a control method of a stepping motor capable of further improving load fluctuation characteristics and performing stable operation control.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、ステッピング
モータと、ステッピングモータを駆動する駆動手段と、
ステッピングモータの出力回転角を検出して回転角信号
を出力する検出手段と、 モータの起動から停止までの
速度関数を記憶し、該速度関数に基づいて目標指令信号
を出力する指令手段と、目標指令信号と回転角信号とを
比較する比較手段と、該比較結果に基づいて、ステッピ
ングモータの駆動進み角および駆動電流を決定して出力
する制御手段と、使用するステッピングモータの動作特
性をシミュレートすることにより、目標指令信号および
回転角信号に基づいて、制御手段が出力する駆動進み角
および駆動電流をそれぞれ補正するための進み角補正信
号および電流補正信号を出力するオブザーバ回路とを備
えることを特徴とするステッピングモータの制御装置で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a stepping motor, driving means for driving the stepping motor,
Detecting means for detecting an output rotation angle of the stepping motor and outputting a rotation angle signal; commanding means for storing a speed function from start to stop of the motor and outputting a target command signal based on the speed function; Comparing means for comparing the command signal and the rotation angle signal; control means for determining and outputting the drive advance angle and drive current of the stepping motor based on the comparison result; and simulating the operating characteristics of the stepping motor used. And an observer circuit that outputs a lead angle correction signal and a current correction signal for correcting the drive lead angle and the drive current output by the control means based on the target command signal and the rotation angle signal. This is a control device for a stepping motor.

【0010】本発明に従えば、ステッピングモータの出
力回転角を検出し、目標指令信号が示す目標回転角と比
較してその比較結果に基づいて駆動することで、ステッ
ピングモータを目標回転角で安定して回転させるフィー
ドバック制御が実現される。さらに、オブザーバ回路
が、ステッピングモータの動作特性をシミュレートした
結果を使用し、目標指令信号および回転角信号に基づい
て、前記フィードバック制御で得られた進み角を補正
し、電流を補正するので、ステッピングモータの動作が
細かく監視され、急激な負荷変動などに迅速に対応する
ことができ、安定な動作を実現することが可能である。
According to the present invention, the output rotation angle of the stepping motor is detected, compared with the target rotation angle indicated by the target command signal, and driven based on the comparison result, so that the stepping motor is stabilized at the target rotation angle. Thus, the feedback control for rotating the rotation is realized. Furthermore, since the observer circuit uses the result of simulating the operating characteristics of the stepping motor, corrects the lead angle obtained by the feedback control based on the target command signal and the rotation angle signal, and corrects the current. The operation of the stepping motor is closely monitored, and it is possible to quickly respond to a sudden load change or the like, thereby realizing a stable operation.

【0011】また本発明は、前記オブザーバ回路は、ス
テッピングモータの動作特性を記述したスパンウォーム
方程式を逐次演算するモータモデルを有することを特徴
とする。
Further, the present invention is characterized in that the observer circuit has a motor model for sequentially calculating a span worm equation describing operation characteristics of a stepping motor.

【0012】本発明に従えば、スパンウォーム方程式
([Stepping Motored SystemDynamics],Transactions
of ASME,JULY 1986,Vol.108 Dr.M.Kojima et.al.)
は、ステッピングモータを記述する方程式として、ステ
ッピングモータの動作特性を忠実に表現することができ
る。オブザーバ回路は、このような方程式に基づいて、
逐次演算を行い、ステッピングモータを制御するので、
動作特性を正確に把握でき、より正確な制御が可能であ
る。
According to the present invention, the span warm equation ([Stepping Motored System Dynamics], Transactions
of ASME, JULY 1986, Vol.108 Dr.M.Kojima et.al.)
Can faithfully represent the operating characteristics of the stepping motor as an equation describing the stepping motor. The observer circuit is based on such an equation,
Since the sequential operation is performed and the stepping motor is controlled,
The operating characteristics can be accurately grasped, and more accurate control is possible.

【0013】また本発明は、前記オブザーバ回路は、ス
テッピングモータの動作特性を記述したスパンウォーム
方程式を予め演算した結果を記憶した数値解テーブルを
有することを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the observer circuit has a numerical solution table storing a result of previously calculating a span warm equation describing operation characteristics of a stepping motor.

【0014】本発明に従えば、上記のようなスパンウォ
ーム方程式を予め解いて作成した数値解テーブルをステ
ッピングモータの制御に用いるので、高速な制御が可能
であり、さらに急激な負荷変動に対応してステッピング
モータを安定に動作させることができる。
According to the present invention, since a numerical solution table prepared by previously solving the above-described span worm equation is used for controlling the stepping motor, high-speed control is possible, and furthermore, it is possible to cope with a sudden load change. Thus, the stepping motor can be operated stably.

【0015】また本発明は、前記ステッピングモータの
駆動電流を検出して電流信号を出力する電流検出手段を
さらに備え、前記オブザーバ回路は、電流信号、目標指
令信号および回転角信号に基づいて、制御手段が出力す
る駆動進み角および駆動電流をそれぞれ補正するための
進み角補正信号および電流補正信号を出力することを特
徴とする。
Further, the present invention further comprises current detecting means for detecting a driving current of the stepping motor and outputting a current signal, wherein the observer circuit controls the current based on a current signal, a target command signal and a rotation angle signal. The driving means outputs a lead angle correction signal and a current correction signal for correcting the driving lead angle and the driving current output by the means, respectively.

【0016】本発明に従えば、オブザーバ回路は、目標
指令信号および回転角信号に加えて、さらに検出電流を
基に、進み角補正信号および電流補正信号を求めるの
で、より多くの情報を基に、正確に動作特性を把握する
ことができ、正確に進み角および電流を補正して、より
安定な動作を実現することができる。
According to the present invention, the observer circuit obtains the lead angle correction signal and the current correction signal based on the detected current in addition to the target command signal and the rotation angle signal. Therefore, the operating characteristics can be accurately grasped, the lead angle and the current can be accurately corrected, and a more stable operation can be realized.

【0017】また本発明は、ステッピングモータの出力
回転角を検出して回転角信号を得る工程と、目標指令信
号と回転角信号とを比較し、ステッピングモータの駆動
進み角および駆動電流を決定する工程と、使用するステ
ッピングモータの動作特性をシミュレートすることによ
り、目標指令信号および回転角信号に基づいて、進み角
補正信号および電流補正信号を算出する工程と、算出し
た進み角補正信号および電流補正信号に基づいて前記駆
動進み角および前記駆動電流をそれぞれ補正する工程と
を含むことを特徴とするステッピングモータの制御方法
である。
According to the present invention, a step of detecting the output rotation angle of the stepping motor to obtain a rotation angle signal, and comparing the target command signal with the rotation angle signal to determine a drive advance angle and a drive current of the stepping motor. Calculating a lead angle correction signal and a current correction signal based on a target command signal and a rotation angle signal by simulating operation characteristics of a stepping motor to be used; and calculating the calculated lead angle correction signal and current. Correcting the drive lead angle and the drive current based on a correction signal.

【0018】本発明に従えば、ステッピングモータを希
望する目標回転角で安定して回転させるフィードバック
制御が実現されるとともに、さらに、ステッピングモー
タの動作特性を記憶したオブザーバ回路が、目標指令信
号および回転角信号に基づいて、前記フィードバック制
御で得られた進み角を補正し、電流を補正することによ
って、ステッピングモータの動作が細かく監視されるの
で、急激な負荷変動などに対応でき、安定な動作を実現
することが可能である。
According to the present invention, feedback control for stably rotating the stepping motor at a desired target rotation angle is realized, and an observer circuit storing operation characteristics of the stepping motor is provided with a target command signal and a rotation control signal. Based on the angle signal, the lead angle obtained by the feedback control is corrected, and the current is corrected, so that the operation of the stepping motor is closely monitored. It is possible to realize.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1は、本発明
の第1実施形態の電気的構成を示すブロック図である。
制御装置は、制御回路10、駆動回路4、オブザーバ回
路5、電流検出回路6、ステッピングモータ7、エンコ
ーダ8および目標指令部9を備える。このうち制御回路
10は、さらに位置比較制御部1、選択制御回路2およ
び電流制御回路3を備える。目標指令部9は、スタート
信号としての起動パルスを受けて、位置比較制御部1お
よびオブザーバ回路5に指令パルスc1を出力する。指
令パルスc1は、目標となるステッピングモータの回転
角または角速度を示す信号である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a first embodiment of the present invention.
The control device includes a control circuit 10, a drive circuit 4, an observer circuit 5, a current detection circuit 6, a stepping motor 7, an encoder 8, and a target command unit 9. The control circuit 10 further includes a position comparison control unit 1, a selection control circuit 2, and a current control circuit 3. The target command section 9 receives a start pulse as a start signal and outputs a command pulse c1 to the position comparison control section 1 and the observer circuit 5. The command pulse c1 is a signal indicating the target rotation angle or angular velocity of the stepping motor.

【0020】制御回路10の位置比較制御部1は、目標
指令部9からの指令パルスc1を受けてその個数を計数
し、エンコーダ8からの検出パルスを受けてその個数を
計数し、両者の個数を比較して偏差を算出する。指令パ
ルスc1およびエンコーダ信号c6が位置すなわち回転
角の信号である場合、直接その偏差が算出され、速度す
なわち回転角速度の信号である場合、各信号の積分値の
偏差が算出される。回転角の偏差を示す位置偏差信号c
2は、選択制御回路2に出力される。選択制御回路2
は、位置偏差信号c2を受けて、これに対応する基準進
み角(リードアングル)および基準電流を選択する。ま
た、選択制御回路2は、オブザーバ回路5からの進み角
補正信号c7を基に基準進み角を補正し、補正した進み
角信号c3を励磁タイミングとして駆動回路4に出力す
る。電流制御回路3は、オブザーバ回路5からの電流補
正信号c8を基に基準電流を補正し、補正した電流信号
c5を駆動回路4に出力する。
The position comparison control section 1 of the control circuit 10 receives the command pulse c1 from the target command section 9 and counts the number thereof, receives the detection pulse from the encoder 8 and counts the number thereof. And calculate the deviation. If the command pulse c1 and the encoder signal c6 are position or rotation angle signals, the deviation is calculated directly. If the command pulse c1 and the encoder signal c6 are speed or rotation angular velocity signals, the deviation of the integral value of each signal is calculated. Position deviation signal c indicating deviation of rotation angle
2 is output to the selection control circuit 2. Selection control circuit 2
Receives the position deviation signal c2 and selects a corresponding reference lead angle (lead angle) and reference current. The selection control circuit 2 corrects the reference advance angle based on the advance angle correction signal c7 from the observer circuit 5, and outputs the corrected advance angle signal c3 to the drive circuit 4 as excitation timing. The current control circuit 3 corrects the reference current based on the current correction signal c8 from the observer circuit 5, and outputs the corrected current signal c5 to the drive circuit 4.

【0021】駆動回路4は、選択制御回路2からの補正
進み角に従った励磁タイミングで、かつ電流制御回路3
からの電流信号c5に従った電流値レベルに対応するパ
ルス信号を生成して、ステッピングモータ7を駆動す
る。電流検出回路6は、ステッピングモータ7を駆動す
る電流を検出して、オブザーバ回路5に検出信号c9を
出力する。エンコーダ8は、ステッピングモータ7の出
力軸の回転角を検出して、位置比較制御部1およびオブ
ザーバ回路5にエンコーダ信号c6を出力する。また、
エンコーダ8の代わりに、タコメータを使用して、ステ
ッピングモータの出力軸の回転角速度を検出し、これを
積分して出力してもよい。
The drive circuit 4 has an excitation timing according to the correction advance angle from the selection control circuit 2 and the current control circuit 3
And generates a pulse signal corresponding to the current value level according to the current signal c5 from the controller, and drives the stepping motor. The current detection circuit 6 detects a current for driving the stepping motor 7 and outputs a detection signal c9 to the observer circuit 5. The encoder 8 detects the rotation angle of the output shaft of the stepping motor 7 and outputs an encoder signal c6 to the position comparison control unit 1 and the observer circuit 5. Also,
Instead of the encoder 8, a tachometer may be used to detect the rotational angular velocity of the output shaft of the stepping motor, and integrate and output the detected angular velocity.

【0022】オブザーバ回路5は、目標指令部9からの
目標回転角または角速度と、電流検出回路6からの電流
と、エンコーダ8からの出力回転角とを受けて、進み角
補正信号c7を選択制御回路2に出力し、電流補正信号
c8を電流制御回路3に出力する。
The observer circuit 5 receives the target rotation angle or angular velocity from the target command section 9, the current from the current detection circuit 6, and the output rotation angle from the encoder 8, and selectively controls the lead angle correction signal c 7. The current correction signal c8 is output to the current control circuit 3.

【0023】図2は、図1のオブザーバ回路5をさらに
詳しく示すブロック図である。オブザーバ回路5は、電
流比較制御部11、速度比較制御部12、オブザーバ制
御部13、進み角演算部18aおよび電流データメモリ
15を備える。進み角演算部18aは、さらにモデル演
算用CPU14、モータモデルメモリ16およびRAM
17を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing the observer circuit 5 of FIG. 1 in more detail. The observer circuit 5 includes a current comparison control unit 11, a speed comparison control unit 12, an observer control unit 13, a lead angle calculation unit 18a, and a current data memory 15. The lead angle calculation unit 18a further includes a model calculation CPU 14, a motor model memory 16, and a RAM.
17 is provided.

【0024】速度比較制御部12は、目標指令部9から
の指令パルスc1、エンコーダ8からの信号c6を受け
て、それぞれ単位時間あたりの角変位すなわち角速度を
表すデータに変換し、さらにこれらの偏差を演算して、
速度偏差信号を生成し、オブザーバ制御部13に出力す
る。指令パルスc1およびエンコーダ信号c6が位置の
信号である場合、各信号の微分値の偏差が算出され、速
度の信号である場合、直接その偏差が算出される。電流
比較制御部11は、電流検出回路6からの電流検出値
と、オブザーバ制御部13からの補正電流値とを比較し
て、電流補正信号を生成し、電流制御回路3に出力す
る。
The speed comparison control unit 12 receives the command pulse c1 from the target command unit 9 and the signal c6 from the encoder 8 and converts them into data representing angular displacement per unit time, that is, angular velocity. And calculate
A speed deviation signal is generated and output to the observer control unit 13. When the command pulse c1 and the encoder signal c6 are position signals, the deviation of the differential value of each signal is calculated, and when it is a speed signal, the deviation is calculated directly. The current comparison control unit 11 compares the current detection value from the current detection circuit 6 with the correction current value from the observer control unit 13, generates a current correction signal, and outputs it to the current control circuit 3.

【0025】電流データメモリ15は、モータ巻線に関
わる入力電流セット値を記憶している。モータモデルメ
モリ16は、ステッピングモータ7の動作特性を記述し
た理論式を記憶している。RAM17は、モデル演算用
CPU14による演算の途中に算出された値などを一時
的に記憶する。モデル演算用CPU14は、モータモデ
ルメモリ16の理論式を解いて入力進み角セット値を算
出し、オブザーバ制御部13に出力する。
The current data memory 15 stores an input current set value relating to the motor winding. The motor model memory 16 stores a theoretical expression describing the operation characteristics of the stepping motor 7. The RAM 17 temporarily stores values calculated during the calculation by the CPU 14 for model calculation. The model calculation CPU 14 calculates the input lead angle set value by solving the theoretical formula in the motor model memory 16, and outputs it to the observer control unit 13.

【0026】オブザーバ制御部13は、速度偏差信号に
よる偏差量に応じて入力進み角セット値を補正する。す
なわち、より大きな負荷外乱が発生してステッピングモ
ータ7の回転角が大幅に変動すると、この状態をステッ
ピングモータ7が自ら発生するエネルギによって、確実
に補うために進み角を補正する。この進み角補正信号
は、図1の選択制御回路2に出力される。また、オブザ
ーバ制御部13は、速度比較制御部12からの速度偏差
信号を基にして、電流データメモリ15から入力電流セ
ット値を取り出し、補正電流値を生成する。たとえば、
より大きな負荷外乱が発生してモータ回転速度が大幅に
減少した場合に、その減少分を入力エネルギによって確
実に補うために電流値を増やすように補正する。
The observer control unit 13 corrects the input lead angle set value according to the deviation amount based on the speed deviation signal. That is, when a larger load disturbance occurs and the rotation angle of the stepping motor 7 fluctuates greatly, the lead angle is corrected to surely compensate for this state by the energy generated by the stepping motor 7 itself. This lead angle correction signal is output to the selection control circuit 2 of FIG. Further, the observer control unit 13 extracts an input current set value from the current data memory 15 based on the speed deviation signal from the speed comparison control unit 12, and generates a corrected current value. For example,
When a larger load disturbance occurs and the motor rotation speed is greatly reduced, the current value is corrected so as to increase the current value in order to surely compensate for the reduced amount with the input energy.

【0027】図3は、指令パルスの基となる目標回転角
速度を示すグラフである。グラフに従えば、まず、ステ
ッピングモータ7は、静止状態から角加速度A0で起動
する。その後、ステッピングモータ7の角速度は、角加
速度の増加とともに、増加する。角加速度が最大角加速
度A1にまで達すると、角加速度が減少しながら、角速
度が増加する。角速度がω1にまで達すると、ステッピ
ングモータ7は一定の角速度ω1で回転を続ける。その
後、ステッピングモータ7は減速に転じ、その角加速度
は負の最大角加速度A2に達するまで減少し、角速度も
これとともに減少する。負の最大角加速度A2に達する
と、角加速度の絶対値が減少しながら、角速度が減少す
る。角加速度がA3にまで減少し、さらに、角速度およ
び角加速度はゼロとなる、すなわちステッピングモータ
7は停止する。
FIG. 3 is a graph showing a target rotational angular velocity on which a command pulse is based. According to the graph, first, the stepping motor 7 starts from the stationary state at the angular acceleration A0. Thereafter, the angular velocity of the stepping motor 7 increases as the angular acceleration increases. When the angular acceleration reaches the maximum angular acceleration A1, the angular velocity increases while the angular acceleration decreases. When the angular velocity reaches ω1, the stepping motor 7 continues to rotate at a constant angular velocity ω1. Thereafter, the stepping motor 7 starts to decelerate, and its angular acceleration decreases until it reaches the negative maximum angular acceleration A2, and the angular velocity also decreases accordingly. When the negative maximum angular acceleration A2 is reached, the angular velocity decreases while the absolute value of the angular acceleration decreases. The angular acceleration decreases to A3, and the angular velocity and the angular acceleration become zero, that is, the stepping motor 7 stops.

【0028】このような回転運動をステッピングモータ
7にさせるために、目標指令部9は、図3のグラフを直
接または積分して、逐次目標角速度または目標回転角を
指令パルスとして出力する。これによって、ステッピン
グモータ7は、スタート位置の回転角からステップ数s
1までの加速部において滑らかに加速し、ステップ数s
2までの等速部で等角速度回転を行い、さらにステップ
数s3の目標位置付け位置まで滑らかに減速する。
In order to make the stepping motor 7 perform such a rotational movement, the target command unit 9 directly or integrates the graph of FIG. 3 and sequentially outputs the target angular velocity or the target rotation angle as a command pulse. As a result, the stepping motor 7 calculates the number of steps s from the rotation angle of the start position.
Accelerate smoothly in the acceleration section up to 1 and the number of steps s
The rotation is performed at a constant angular speed of up to two constant velocity portions, and the speed is smoothly reduced to the target positioning position of the number of steps s3.

【0029】図4は、電流データメモリ15の記憶内容
を示すテーブルである。電流データメモリ15の内部に
は、入力電流セット値が記憶されている。入力電流セッ
ト値は、指令パルスに応じた巻線電流を定める値であ
り、外乱の無い状態での各指令パルス間の平均電流値で
ある。加速部、等速部、減速部それぞれにテーブルが存
在する。カウンタは、指令パルスを計数した数を示して
いる。加速部では、まず入力電流セット値を1.0アン
ペアとし、起動に必要なトルクを確保し、ステッピング
モータ7の角速度の増加とともに、徐々に電流値が下げ
られる。巻線のインダクタンスなどの影響で、増速とと
もに必要な駆動電流が少なくなるので、電流値を下げて
も加速は続行される。
FIG. 4 is a table showing the contents stored in the current data memory 15. An input current set value is stored in the current data memory 15. The input current set value is a value that determines the winding current according to the command pulse, and is an average current value between each command pulse in a state where there is no disturbance. A table exists for each of the acceleration section, constant velocity section, and deceleration section. The counter indicates the number of command pulses counted. In the acceleration unit, first, the input current set value is set to 1.0 amp, the torque required for starting is secured, and the current value is gradually decreased as the angular velocity of the stepping motor 7 increases. The required driving current decreases as the speed increases due to the influence of the inductance of the windings and the like, so that acceleration is continued even if the current value is reduced.

【0030】等速部では、一定の入力電流セット値0.
5アンペアであるが、等速部へ移行する前に、電流値を
0.5アンペアよりも低い0.45アンペアにまで減少
させることで、加速が抑制され、滑らかに等速部へ移行
することが可能となっている。等速部から減速部への移
行時に電流値を0.45アンペアにまで減少させた後、
電流値を徐々に増加させている。また、停止前に入力電
流セット値を1.0アンペアにまで増加させることで、
ステピングモータ7の回転を滑らかに停止させている。
In the constant velocity section, a constant input current set value of 0.
Although the current is 5 amps, the acceleration is suppressed by smoothly reducing the current value to 0.45 amperes, which is lower than 0.5 amps, before shifting to the constant speed section. Is possible. After reducing the current value to 0.45 amps at the transition from the constant velocity section to the deceleration section,
The current value is gradually increased. Also, by increasing the input current set value to 1.0 amp before stopping,
The rotation of the stepping motor 7 is stopped smoothly.

【0031】図5(a)は選択制御回路2が使用する基
準進み角テーブルであり、図5(b)は基準電流テーブ
ルである。図5(a)において、起動時など、ステッピ
ングモータ7を比較的低速高トルクで回転させるときに
は、選択番号の4〜6付近のものが選択される。一方、
減速時など、ステッピングモータの回転を制動させると
きには、より小さい選択番号のものが選択される。ま
た、回転が高速になるほど、必要な電流を確保するた
め、より大きい基準進み角が選択される。加速部におい
ては、基準進み角1.5ステップで起動し、高速域では
2.0ステップに切り替える。等速部では、進み角2.
0ステップで動作を続ける。減速部では、進み角2.0
ステップから、1.5ステップ、1.0ステップ、0.
5ステップ、0ステップと順に切り替えて、スッテピン
グモータ7を停止させる。
FIG. 5A shows a reference lead angle table used by the selection control circuit 2, and FIG. 5B shows a reference current table. In FIG. 5 (a), when the stepping motor 7 is rotated at a relatively low speed and a high torque, such as at the time of startup, ones near the selection numbers 4 to 6 are selected. on the other hand,
When braking the rotation of the stepping motor, such as during deceleration, a smaller selection number is selected. Also, as the rotation speed increases, a larger reference lead angle is selected to secure a necessary current. The acceleration unit starts at the reference lead angle of 1.5 steps, and switches to 2.0 steps in the high speed range. In the constant velocity section, the lead angle is 2.
Operation is continued at step 0. In the deceleration section, the lead angle is 2.0
From the steps, 1.5 steps, 1.0 steps, 0.
The stepping motor 7 is stopped by sequentially switching from 5 steps to 0 steps.

【0032】また、図5(b)においても、等速部のよ
うに回転が安定しているときほど小さい基準電流値が選
択され、加速部および減速部のように回転が速くなるほ
ど大きい基準電流値が選択される。通常の回転角偏差が
微小のときには、基準電流値として、加速部および減速
部で1.0アンペア、等速部で0.5アンペアが選択さ
れる。
Also, in FIG. 5B, a smaller reference current value is selected as the rotation becomes more stable as in a constant velocity portion, and a larger reference current value as the rotation becomes faster as in an acceleration portion and a deceleration portion. The value is selected. When the normal rotation angle deviation is small, 1.0 amp is selected as the reference current value in the acceleration section and the deceleration section, and 0.5 amp in the constant velocity section.

【0033】さらに、外部からの負荷トルクが、ステッ
ピングモータ7の動作中に増加した場合、加速部および
等速部では、進み角テーブルの値を増加させ、かつ電流
テーブルの値も増加させるような選択動作が行われる。
これは、加速トルクを増加させる制御である。減速部で
は、進み角の減少曲線の傾きを緩めつつ、電流テーブル
の値を減少させる。これは、ブレーキトルクを減少させ
る制御である。またさらに、外部からの負荷トルクが、
ステッピングモータ7の動作中に減少した場合、加速部
および等速部では、進み角テーブルの値を減少させ、か
つ電流テーブルの値も減少させるような選択動作が行わ
れる。これは、加速トルクを減少させる制御である。減
速部では、進み角の減少曲線の傾きを急峻にしつつ、電
流テーブルの値を増加させる。これは、ブレーキトルク
を増加させる制御である。
Further, when the external load torque increases during the operation of the stepping motor 7, the acceleration section and the constant velocity section increase the value of the lead angle table and also increase the value of the current table. A selection operation is performed.
This is control for increasing the acceleration torque. In the deceleration section, the value of the current table is reduced while the slope of the decrease curve of the lead angle is relaxed. This is a control for reducing the brake torque. Furthermore, the external load torque is
If the value decreases during the operation of the stepping motor 7, a selection operation is performed in the acceleration unit and the constant speed unit such that the value of the lead angle table is reduced and the value of the current table is also reduced. This is control for reducing the acceleration torque. In the deceleration unit, the value of the current table is increased while the slope of the lead angle decreasing curve is steep. This is control for increasing the brake torque.

【0034】図6(a)は目標指令部9およびエンコー
ダ8から位置比較制御部1への信号をそれぞれ示すグラ
フであり、図6(b)は位置比較制御部1から選択制御
部2への信号を示すグラフである。まず、図6(a)に
示すように、指令パルスが示す目標回転角の位置は、時
刻t0から時刻t1まで、回転角ω2に固定される。一
方の出力回転角の位置は、時刻t0において、目標回転
角よりも小さく、時刻t2にかけて急激に増加して目標
回転角に追随する。時刻t2に、出力回転角が目標回転
角に一致すると、その変化率は緩やかになる。続いて、
時刻t1において、目標回転角の位置が切換わりステッ
プ状にω3まで増加すると、出力回転角の位置は再び急
激に増加してω3に近づく。速度の場合も同様の信号変
化が見られる。
FIG. 6A is a graph showing signals from the target command unit 9 and the encoder 8 to the position comparison control unit 1, and FIG. 6B is a graph showing signals from the position comparison control unit 1 to the selection control unit 2. It is a graph which shows a signal. First, as shown in FIG. 6A, the position of the target rotation angle indicated by the command pulse is fixed to the rotation angle ω2 from time t0 to time t1. At time t0, the position of one output rotation angle is smaller than the target rotation angle, and increases rapidly until time t2 to follow the target rotation angle. When the output rotation angle matches the target rotation angle at time t2, the rate of change becomes gentle. continue,
At time t1, when the position of the target rotation angle is switched and increases to ω3 in a stepwise manner, the position of the output rotation angle rapidly increases again and approaches ω3. A similar signal change is seen for speed.

【0035】図6(b)に示すように、時刻t0〜t2
において位置偏差信号c2は、回転角ω4であり、指令
パルスc1に対してエンコーダ信号c6が回転角ω4だ
け遅れているとみなす。時刻t2〜t1において、位置
偏差信号c2は、回転角ω5であり、指令パルスc1に
対してエンコーダ信号c6が回転角ω5だけ進んでいる
とみなす。なお、t1以降はこのような考え方の継続で
ある。また図6(b)は図6(a)の絶対値偏差に対応
したものではなく、一般的な偏差信号を示している。
As shown in FIG. 6B, at times t0 to t2
, The position deviation signal c2 is the rotation angle ω4, and the encoder signal c6 is regarded as being delayed by the rotation angle ω4 from the command pulse c1. From time t2 to t1, the position deviation signal c2 has the rotation angle ω5, and it is assumed that the encoder signal c6 has advanced by the rotation angle ω5 with respect to the command pulse c1. In addition, after t1, such a concept is continued. FIG. 6B does not correspond to the absolute value deviation shown in FIG. 6A, but shows a general deviation signal.

【0036】図7(a)は図6(b)と同じく位置比較
制御部1から選択制御部2への信号を示すグラフであ
り、図7(b)はオブザーバ回路5から選択制御回路2
への信号を示すグラフであり、図7(c)は選択制御回
路2から駆動回路4への信号を示すグラフであり、図7
(d)は選択制御回路2から電流制御回路3への信号を
示すグラフである。図7(a)の位置偏差信号に対し
て、図7(b)に示すように、一定のパルスレートのパ
ルス信号が進み角補正信号として選択制御回路2に入力
され、変調されて図7(c)に示すような不均一なパル
スレートのパルス信号が駆動回路4に出力される。この
パルス信号は、最終の進み角を表す信号である。時刻t
2付近はステッピングモータ7が減速していることを示
しており、時刻t1付近は加速していることを示してい
る。図7(d)の基準電流値信号は、位置偏差信号を基
にした同一形状の信号であり、基準電流が位置偏差に比
例することを示している。
FIG. 7A is a graph showing signals from the position comparison control unit 1 to the selection control unit 2 as in FIG. 6B, and FIG. 7B is a graph showing signals from the observer circuit 5 to the selection control circuit 2.
FIG. 7C is a graph showing a signal from the selection control circuit 2 to the drive circuit 4, and FIG.
(D) is a graph showing a signal from the selection control circuit 2 to the current control circuit 3. With respect to the position deviation signal of FIG. 7A, a pulse signal having a constant pulse rate is input to the selection control circuit 2 as a lead angle correction signal and modulated as shown in FIG. A pulse signal having an uneven pulse rate as shown in c) is output to the drive circuit 4. This pulse signal is a signal representing the final lead angle. Time t
The vicinity of 2 indicates that the stepping motor 7 is decelerating, and the vicinity of time t1 indicates that it is accelerating. The reference current value signal in FIG. 7D is a signal having the same shape based on the position deviation signal, and indicates that the reference current is proportional to the position deviation.

【0037】図8(a)は図7(d)と同じく選択制御
回路2から電流制御回路3への信号を示すグラフであ
り、図8(b)はオブザーバ回路5から電流制御回路3
への信号を示すグラフであり、図8(c)は電流制御回
路3から駆動回路4への信号を示すグラフである。図8
(b)に示すように、電流補正信号は電流値をステップ
状に減少させる信号であり、電流制御回路3において、
基準電流値によって変調され、図8(c)に示す最終電
流を指令する信号となる。
FIG. 8A is a graph showing signals from the selection control circuit 2 to the current control circuit 3 as in FIG. 7D, and FIG. 8B is a graph showing signals from the observer circuit 5 to the current control circuit 3.
FIG. 8C is a graph showing a signal from the current control circuit 3 to the drive circuit 4. FIG.
As shown in (b), the current correction signal is a signal for decreasing the current value in a stepwise manner.
The signal is modulated by the reference current value, and becomes a signal for commanding the final current shown in FIG.

【0038】以下、オブザーバ回路5に記憶される理論
式について説明する。
Hereinafter, the theoretical formula stored in the observer circuit 5 will be described.

【0039】[0039]

【数1】 (Equation 1)

【0040】式(1)は、ステッピングモータ7に関す
るスパンウォーム方程式である。スパンウォーム方程式
は、ステッピングモータ7の回転角に関する運動方程式
である。ただし、tは時刻、θはステッピングモータ7
の回転角、mはフーリエ級数の次数、nは相番号、kは
信号パルスの積算値を表す階段関数、tcは最初の信号
パルスの起動時刻、θoは単ステップ当たりの進み角、
θπは駆動トルク分布の半波長、θsはθの設定した原
点角度位置、Iは慣性モーメント、Cは減衰係数、Qは
負荷トルク、qは駆動トルク、φは位相角、φmはφの
フーリエ級数展開のm次係数、Γはトルクの重みづけ関
数である。
Equation (1) is a spanworm equation for the stepping motor 7. The span worm equation is an equation of motion related to the rotation angle of the stepping motor 7. Where t is time, θ is stepping motor 7
, M is the order of the Fourier series, n is the phase number, k is a step function representing the integrated value of the signal pulse, tc is the activation time of the first signal pulse, θo is the advance angle per single step,
θπ is the half wavelength of the driving torque distribution, θs is the origin angle position set at θ, I is the moment of inertia, C is the damping coefficient, Q is the load torque, q is the driving torque, φ is the phase angle, and φm is the Fourier series of φ. The m-th order coefficient of expansion, Γ, is a torque weighting function.

【0041】この式(1)を各種の近似の基に解くと、
式(2)に示されるように、起動限界や挙動を定性的に
示す線形近似解が得られる。
By solving this equation (1) on the basis of various approximations,
As shown in Expression (2), a linear approximation solution that qualitatively indicates the starting limit and the behavior is obtained.

【0042】[0042]

【数2】 (Equation 2)

【0043】ただし、tsは設定した原点の時刻、to
はパルス間隔の時間、γは減衰比、poは第1次共振
点、sgn(x)はxが正のとき1でxが負のとき0で
ある関数、Π(x)はヘビサイドのステップ関数であ
る。オブザーバ回路5は、たとえば、このような近似解
を記憶しておいて、起動時付近に適用すると有用であ
る。
Here, ts is the time of the set origin, to
Is the pulse interval time, γ is the damping ratio, po is the primary resonance point, sgn (x) is a function that is 1 when x is positive and 0 when x is negative, and Π (x) is a step function of Heaviside. It is. The observer circuit 5 is useful when, for example, such an approximate solution is stored and applied near the start time.

【0044】[0044]

【数3】 (Equation 3)

【0045】図9(a)は4相モータの駆動回路を示す
回路図であり、図9(b)は図9(a)の駆動回路のう
ちの1対の相を取り出した回路の図である。式(3)
は、図9(b)の電圧方程式である。ただし、i1はR
とRw1とL1とを流れる電流、i2はRw1とRw2
とL2とCとL1とを循環する電流、Rは直列抵抗成
分、Rw1は励磁された巻線の電気抵抗成分、Rw2は
励磁されていない巻線の電気抵抗成分、L1は励磁され
た巻線のインダクタンス成分、L2は励磁されていない
巻線のインダクタンス成分、CはRw1とRw2との間
の減衰係数、Vは逆起電力電圧、Vsは 一定の印加電
圧である。式(3)において、逆起電力としての電圧V
がわかれば、逆起電力係数Keは下記の式(4)によっ
て求められる。
FIG. 9A is a circuit diagram showing a drive circuit for a four-phase motor, and FIG. 9B is a circuit diagram showing a pair of phases extracted from the drive circuit of FIG. 9A. is there. Equation (3)
Is the voltage equation of FIG. Where i1 is R
, Rw1 and the current flowing through L1, i2 is the current flowing through Rw1 and Rw2
, L2, C and L1, R is a series resistance component, Rw1 is the electric resistance component of the excited winding, Rw2 is the electric resistance component of the non-excited winding, and L1 is the excited winding. L2 is the inductance component of the non-excited winding, C is the damping coefficient between Rw1 and Rw2, V is the back electromotive force voltage, and Vs is a constant applied voltage. In equation (3), the voltage V as the back electromotive force
If it understands, the back electromotive force coefficient Ke will be calculated | required by following Formula (4).

【0046】[0046]

【数4】 (Equation 4)

【0047】さらに駆動トルクの第1項も下記式(5)
によって求められる。
Further, the first term of the driving torque is expressed by the following equation (5).
Required by

【0048】[0048]

【数5】 (Equation 5)

【0049】よって、式(1)および式(3)は電気回
路の電流立上りの字定数をも考慮したステッピングモー
タ7の動作特性を表しており、これらを連立させて解く
ことで、動作特性を解析することができる。
Equations (1) and (3) express the operating characteristics of the stepping motor 7 in consideration of the character constant of the current rise of the electric circuit. Can be analyzed.

【0050】図10は、第1実施形態の制御動作を示す
図である。ステップa1において、目標指令部9から目
標回転角または目標回転角速度を示す指令パルスが出力
される。一方、ステップa2において、エンコーダ8か
ら出力回転角または出力回転角速度を示す信号が出力さ
れる。次にステップa3において、1)出力回転角すな
わち現在の位置データ、または回転角速度すなわち現在
の速度データから、2)位置または速度の偏差データを
生成する。またステップa4において、ステッピングモ
ータ7の駆動電流を検出して、現在の電流データを得
る。次に、ステップa5において、1)現在の速度デー
タと電流データを用いてスパンウォーム方程式を解き、
2)偏差データよりステッピングモータ7の負荷を推定
し、3)最適進み角(リードアングル)および最適電流
値を算出する。
FIG. 10 is a diagram showing the control operation of the first embodiment. In step a1, a command pulse indicating the target rotation angle or the target rotation angular velocity is output from the target command unit 9. On the other hand, in step a2, a signal indicating the output rotation angle or the output rotation angular velocity is output from the encoder 8. Next, in step a3, 2) position or speed deviation data is generated from 1) output rotation angle, that is, current position data, or rotation angular speed, that is, current speed data. In step a4, the drive current of the stepping motor 7 is detected to obtain the current data. Next, in step a5, 1) solve the span warm equation using the current speed data and current data,
2) Estimate the load of the stepping motor 7 from the deviation data and 3) Calculate the optimal lead angle (lead angle) and the optimal current value.

【0051】このように、ステッピングモータ7の励磁
タイミングを指令パルスごとに指定して駆動する制御装
置において、ステッピングモータ7の回転角をフィード
バックして指令パルスで定める励磁タイミングを新たに
選択しなおすとともに、基準電流値を補正し、また、回
転速度と実測した電流値を基にしたオブザーバ回路の処
理によって、励磁タイミングと電流値とを再補正する。
本発明で特徴となるオブザーバ回路5は、モータの予想
される回転状態を理論的な運動方程式を基に求め、さら
に、理想的な入力電流セット値を予め求めておき、フィ
ードバックで得られたデータをさらに再補正する。
As described above, in the control device which drives the stepping motor 7 by designating the excitation timing for each command pulse, the rotation angle of the stepping motor 7 is fed back to newly select the excitation timing determined by the command pulse. The reference current value is corrected, and the excitation timing and the current value are re-corrected by the processing of the observer circuit based on the rotation speed and the actually measured current value.
The observer circuit 5, which is a feature of the present invention, obtains an expected rotation state of the motor based on a theoretical equation of motion, further obtains an ideal input current set value in advance, and obtains data obtained by feedback. Is further corrected again.

【0052】(第2実施形態)図11は、本発明の第2
実施形態を構成するオブザーバ回路55のブロック図で
ある。第2実施形態の制御装置は、図2のオブザーバ回
路5の進み角演算部18aを数値解テーブル記憶部に置
き換えてオブザーバ回路55としたものである。数値解
テーブル記憶部18には、第1実施形態の式(1)およ
び式(3)を連立させて解いた数値解のテーブルが記憶
されている。これに伴って、指令パルスはオブザーバ制
御部13に直接出力され、オブザーバ制御部13は、数
値解テーブル記憶部18を参照して適当な数値解を取り
出す制御を行う。
(Second Embodiment) FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an observer circuit 55 constituting the embodiment. In the control device according to the second embodiment, the lead angle calculation unit 18a of the observer circuit 5 in FIG. 2 is replaced with a numerical solution table storage unit to form an observer circuit 55. The numerical solution table storage unit 18 stores a numerical solution table obtained by simultaneously solving the equations (1) and (3) of the first embodiment. Accordingly, the command pulse is directly output to the observer control unit 13, and the observer control unit 13 performs control to retrieve an appropriate numerical solution by referring to the numerical solution table storage unit 18.

【0053】図12は、数値解テーブル記憶部に記憶さ
れたテーブルである。テーブルは、指令パルスが示すモ
ータ回転速度と、補正進み角とで構成される。これによ
って、モータ回転速度Vp1,Vp2,…,Vpnに応じた補
正進み角θv1,θv2,…,θvnが選ばれる。このような
テーブルが、様々な種類のステッピングモータに対応で
きるよう複数用意されている。
FIG. 12 is a table stored in the numerical solution table storage unit. The table includes the motor rotation speed indicated by the command pulse and the correction advance angle. Thus, the motor rotation speed V p1, V p2, ..., corrected lead angle theta v1 corresponding to V pn, θ v2, ..., θ vn is selected. A plurality of such tables are prepared so as to be compatible with various types of stepping motors.

【0054】図13は、第2実施形態の処理流れを示す
フローチャートである。ステップb1において、目標指
令部9から目標回転角または目標回転角速度を示す指令
パルスが出力される。一方、ステップb2において、エ
ンコーダ8から出力回転角または出力回転角速度を示す
信号が出力される。次にステップb3において、1)出
力回転角すなわち現在の位置データ、または回転角速度
すなわち現在の速度データから、2)位置または速度の
偏差データを生成する。またステップb4において、ス
テッピングモータ7の駆動電流を検出して、現在の電流
データを得る。さらに、ステップb5において、スパン
ウォーム方程式を予め定めた速度データおよび電流デー
タを用いて解いて、進み角データテーブルを作成してお
く。次にステップb6において、現在の位置または速度
データと電流データ、偏差データを基にして、電流デー
タテーブルおよび進み角データテーブルを参照しなが
ら、ステップb7において、進み角補正値および電流補
正値を算出し、最適電流値および最適進み角を算出す
る。
FIG. 13 is a flowchart showing the processing flow of the second embodiment. In step b1, a command pulse indicating the target rotation angle or the target rotation angular velocity is output from the target command unit 9. On the other hand, in step b2, a signal indicating the output rotation angle or the output rotation angular velocity is output from the encoder 8. Next, in step b3, 2) position or speed deviation data is generated from 1) output rotation angle, that is, current position data, or rotation angular velocity, that is, current speed data. In step b4, the drive current of the stepping motor 7 is detected to obtain the current data. Further, in step b5, the advance worm data table is created by solving the span worm equation using predetermined speed data and current data. Next, in step b6, a lead angle correction value and a current correction value are calculated in step b7 based on the current position or speed data, the current data, and the deviation data while referring to the current data table and the lead angle data table. Then, the optimum current value and the optimum lead angle are calculated.

【0055】このように、第2実施形態においても、第
1実施形態と同様に最適電流値および最適進み角を求め
ることができる。ただし、第2実施形態では、スッテピ
ングモータ7を駆動する前に、スパンウォーム方程式を
解いているので、駆動中は作成されたテーブルを参照す
るだけでよく、高速制御が可能である。
As described above, also in the second embodiment, the optimum current value and the optimum lead angle can be obtained as in the first embodiment. However, in the second embodiment, since the spanworm equation is solved before driving the stepping motor 7, it is only necessary to refer to the created table during driving, and high-speed control is possible.

【0056】なお、第1実施形態および第2実施形態の
どちらにおいても、電流検出回路の無い構成が可能であ
り、その場合、オブザーバ回路は目標回転角よび出力回
転角のみを基にして、進み角補正値および電流補正値を
算出する。
In both the first embodiment and the second embodiment, a configuration without a current detection circuit is possible. In this case, the observer circuit advances based on only the target rotation angle and the output rotation angle. An angle correction value and a current correction value are calculated.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステッピ
ングモータの動作特性を記憶したオブザーバ回路が、目
標回転角および出力回転角に基づいて、進み角を補正
し、電流を補正することによって、ステッピングモータ
の動作が細かく監視されるので、急激な負荷変動などに
対応でき、安定な動作を実現することが可能である。
As described above, according to the present invention, the observer circuit storing the operating characteristics of the stepping motor corrects the lead angle and the current based on the target rotation angle and the output rotation angle. Since the operation of the stepping motor is closely monitored, it is possible to cope with a sudden load change and the like, and to realize a stable operation.

【0058】また本発明によれば、オブザーバ回路は、
スパンウォーム方程式に基づいて、ステッピングモータ
を制御するので、動作特性を正確に把握でき、より正確
な制御が可能である。
According to the present invention, the observer circuit includes:
Since the stepping motor is controlled based on the span worm equation, the operating characteristics can be accurately grasped, and more accurate control is possible.

【0059】また本発明によれば、上記のようなスパン
ウォーム方程式を予め解いて作成した数値解テーブルを
ステッピングモータの制御に用いるので、高速な制御が
可能であり、さらに急激な負荷変動に対応してステッピ
ングモータを安定に動作させることができる。
Further, according to the present invention, since the numerical solution table prepared by previously solving the above-described span worm equation is used for controlling the stepping motor, high-speed control is possible, and it is possible to cope with a sudden load change. Thus, the stepping motor can be operated stably.

【0060】また本発明によれば、オブザーバ回路は、
目標回転角および出力回転角に加えて、さらに検出電流
を基に、進み角補正値および電流補正値を求めるので、
より多くの情報を基に、正確に動作特性を把握すること
ができ、正確に進み角および電流を補正して、より安定
な動作を実現することができる。
According to the present invention, the observer circuit includes:
In addition to the target rotation angle and the output rotation angle, the lead angle correction value and the current correction value are obtained based on the detected current.
The operating characteristics can be accurately grasped based on more information, and the lead angle and the current can be accurately corrected to realize more stable operation.

【0061】また本発明によれば、上記のように、ステ
ッピングモータの動作特性を記憶したオブザーバ回路
が、目標回転角および出力回転角を参照しながら、進み
角を補正し、電流を補正することによって、ステッピン
グモータの動作が細かく監視されるので、急激な負荷変
動などに対応でき、安定な動作を実現することが可能で
ある。
According to the present invention, as described above, the observer circuit storing the operation characteristics of the stepping motor corrects the lead angle and corrects the current while referring to the target rotation angle and the output rotation angle. As a result, the operation of the stepping motor is monitored in detail, so that it is possible to cope with a sudden load change or the like, and to realize a stable operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の電気的構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のオブザーバ回路5をさらに詳しく示すブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the observer circuit 5 of FIG. 1 in further detail.

【図3】指令パルスの基となる目標回転角速度を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing a target rotation angular velocity on which a command pulse is based;

【図4】電流データメモリ15の記憶内容を示すテーブ
ルである。
FIG. 4 is a table showing contents stored in a current data memory 15;

【図5】図5(a)は選択制御回路2が使用する基準進
み角テーブルであり、図5(b)は基準電流テーブルで
ある。
5A is a reference lead angle table used by the selection control circuit 2, and FIG. 5B is a reference current table.

【図6】図6(a)は目標指令部9およびエンコーダ8
から位置比較制御部1への信号をそれぞれ示すグラフで
あり、図6(b)は位置比較制御部1から選択制御部2
への信号を示すグラフである。
FIG. 6A shows a target command unit 9 and an encoder 8;
6A and 6B are graphs respectively showing signals from the position comparison control unit 1 to the position comparison control unit 1. FIG.
6 is a graph showing a signal to the control unit.

【図7】図7(a)は図6(b)と同じく位置比較制御
部1から選択制御部2への信号を示すグラフであり、図
7(b)はオブザーバ回路5から選択制御回路2への信
号を示すグラフであり、図7(c)は選択制御回路2か
ら駆動回路4への信号を示すグラフであり、図7(d)
は選択制御回路2から電流制御回路3への信号を示すグ
ラフである。
7A is a graph showing signals from the position comparison control unit 1 to the selection control unit 2 as in FIG. 6B, and FIG. 7B is a graph showing signals from the observer circuit 5 to the selection control circuit 2; 7 (c) is a graph showing a signal from the selection control circuit 2 to the drive circuit 4, and FIG. 7 (d) is a graph showing a signal from the selection control circuit 2 to the drive circuit 4.
Is a graph showing signals from the selection control circuit 2 to the current control circuit 3.

【図8】図8(a)は図7(d)と同じく選択制御回路
2から電流制御回路3への信号を示すグラフであり、図
8(b)はオブザーバ回路5から電流制御回路3への信
号を示すグラフであり、図8(c)は電流制御回路3か
ら駆動回路4への信号を示すグラフである。
8A is a graph showing signals from the selection control circuit 2 to the current control circuit 3 as in FIG. 7D, and FIG. 8B is a graph showing signals from the observer circuit 5 to the current control circuit 3; FIG. 8C is a graph showing a signal from the current control circuit 3 to the drive circuit 4.

【図9】図9(a)は4相モータの駆動回路4を示す回
路図であり、図9(b)は図9(a)の駆動回路4のう
ちの1対の相を取り出した回路の図である。
9 (a) is a circuit diagram showing a drive circuit 4 for a four-phase motor, and FIG. 9 (b) is a circuit obtained by extracting a pair of phases from the drive circuit 4 of FIG. 9 (a). FIG.

【図10】第1実施形態の制御動作を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a control operation according to the first embodiment.

【図11】本発明の第2実施形態を構成するオブザーバ
回路55のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of an observer circuit 55 constituting a second embodiment of the present invention.

【図12】数値解テーブル記憶部18に記憶されたテー
ブルである。
FIG. 12 is a table stored in a numerical solution table storage unit 18.

【図13】第2実施形態の処理流れを示すフローチャー
トである。
FIG. 13 is a flowchart illustrating a processing flow according to the second embodiment.

【図14】FREDRIKSENによる従来のスッテピングモータ
の閉ループ制御を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing conventional closed-loop control of a stepping motor by FREDRIKSEN.

【図15】特公昭57−34758の閉ループ制御を示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing closed loop control of Japanese Patent Publication No. 57-34758.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位置比較制御部 2 選択制御回路 3 電流制御回路 4 駆動回路 5,55 オブザーバ回路 6 電流検出回路 7 ステッピングモータ 8 エンコーダ 9 目標指令部 10 制御回路 11 電流比較制御部 12 速度比較制御部 13 オブザーバ制御部 14 モデル演算用CPU 15 電流データメモリ 16 モータモデルメモリ 17 RAM 18 数値解テーブル記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position comparison control part 2 Selection control circuit 3 Current control circuit 4 Drive circuit 5,55 Observer circuit 6 Current detection circuit 7 Stepping motor 8 Encoder 9 Target command part 10 Control circuit 11 Current comparison control part 12 Speed comparison control part 13 Observer control Unit 14 Model calculation CPU 15 Current data memory 16 Motor model memory 17 RAM 18 Numerical solution table storage unit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ステッピングモータと、 ステッピングモータを駆動する駆動手段と、 ステッピングモータの出力回転角を検出して回転角信号
を出力する検出手段と、 モータの起動から停止までの
速度関数を記憶し、該速度関数に基づいて目標指令信号
を出力する指令手段と、 目標指令信号と回転角信号とを比較する比較手段と、 該比較結果に基づいて、ステッピングモータの駆動進み
角および駆動電流を決定して出力する制御手段と、 使用するステッピングモータの動作特性をシミュレート
することにより、目標指令信号および回転角信号に基づ
いて、制御手段が出力する駆動進み角および駆動電流を
それぞれ補正するための進み角補正信号および電流補正
信号を出力するオブザーバ回路とを備えることを特徴と
するステッピングモータの制御装置。
1. A stepping motor, driving means for driving the stepping motor, detecting means for detecting an output rotation angle of the stepping motor and outputting a rotation angle signal, and storing a speed function from start to stop of the motor. Commanding means for outputting a target command signal based on the speed function; comparing means for comparing the target command signal with the rotation angle signal; and determining a drive advance angle and a drive current of the stepping motor based on the comparison result. Control means for correcting the drive advance angle and the drive current output by the control means based on the target command signal and the rotation angle signal by simulating the operation characteristics of the stepping motor to be used. An observer circuit for outputting a lead angle correction signal and a current correction signal. Control device.
【請求項2】 前記オブザーバ回路は、ステッピングモ
ータの動作特性を記述したスパンウォーム方程式を逐次
演算するモータモデルを有することを特徴とする請求項
1記載のステッピングモータの制御装置。
2. The control device for a stepping motor according to claim 1, wherein the observer circuit has a motor model for sequentially calculating a span worm equation describing operation characteristics of the stepping motor.
【請求項3】 前記オブザーバ回路は、ステッピングモ
ータの動作特性を記述したスパンウォーム方程式を予め
演算した結果を記憶した数値解テーブルを有することを
特徴とする請求項1記載のステッピングモータの制御装
置。
3. The control device for a stepping motor according to claim 1, wherein said observer circuit has a numerical solution table storing a result of previously calculating a span warm equation describing operation characteristics of the stepping motor.
【請求項4】 前記ステッピングモータの駆動電流を検
出して電流信号を出力する電流検出手段をさらに備え、 前記オブザーバ回路は、電流信号、目標指令信号および
回転角信号に基づいて、制御手段が出力する駆動進み角
および駆動電流をそれぞれ補正するための進み角補正信
号および電流補正信号を出力することを特徴とする請求
項1記載のステッピングモータの制御装置。
4. A current detecting means for detecting a driving current of the stepping motor and outputting a current signal, wherein the observer circuit outputs a current signal, a target command signal, and a rotation angle signal based on an output of the control means. 2. The stepping motor control device according to claim 1, wherein the controller outputs a lead angle correction signal and a current correction signal for correcting the driving lead angle and the driving current, respectively.
【請求項5】 ステッピングモータの出力回転角を検出
して回転角信号を得る工程と、 目標指令信号と回転角信号とを比較し、ステッピングモ
ータの駆動進み角および駆動電流を決定する工程と、 使用するステッピングモータの動作特性をシミュレート
することにより、目標指令信号および回転角信号に基づ
いて、進み角補正信号および電流補正信号を算出する工
程と、 算出した進み角補正信号および電流補正信号に基づいて
前記駆動進み角および前記駆動電流をそれぞれ補正する
工程とを含むことを特徴とするステッピングモータの制
御方法。
5. A step of detecting an output rotation angle of a stepping motor to obtain a rotation angle signal; a step of comparing a target command signal and the rotation angle signal to determine a drive advance angle and a drive current of the stepping motor; Calculating a lead angle correction signal and a current correction signal based on the target command signal and the rotation angle signal by simulating the operation characteristics of the stepping motor to be used; Correcting the drive advance angle and the drive current based on the control method, respectively.
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